ООО «РОКОР»

Общие сведения

Сапфир является монокристаллом оксида алюминияAl₂O₃. Сапфир имеет исключительные физические (оп-тические, механические, диэлектрические итепловые) и химические свойства по сравне-нию с другими оптическими материалами. Поэтой причине сапфир пользуется большимспросом для многих научных, промышлен-ных и военных отраслей.Сапфир — это второй самый твердый мате-риал в природе после алмаза. Он обладаетвысокой твёрдостью, стойкостью к истира-нию и коррозии, долговечностью в условияхэкстремального давления и температуры,биосовместимостью и химической инерт-ностью.

Сапфир — это материал, который является идеальнымдиэлектрическим подложечным материалом для изго-товления электронных устройств.Возможность изготовления в различных фор-мах и размерах и его уникальные кристал-лические и физические свойства делают егопреобладающим материалом для изготов-ления светодиодов.Сапфир прозрачен от 180 нм до более 5500нм. Это широкое окно прозрачности делаетсапфир одним из лучших материалов в оп-тике.

Сравнительная таблица

Physical properties of single crystal Sapphire

Chemical Formula

Al₂O₃

Structure

hexagonal-rhombohedral

Molecular weight

101.96

Lattice Constants Å

a=4.765, c=13,000

Density (g/cm³)

3.98

Hardness

9 Mohs
1800 knoop parallel to C-axis
2200 knoop perpendicular to C-axis

Water Absorption

nil

Young Modulus (Gpa)

379 at 30° to C-axis
352 at 45° to C-axis
345 at 60° to C-axis
386 at 75° to C-axis

Shear Modulus (Gpa)

145

Bulk Modulus (Gpa)

240

Bending Modulus/
Modulus of Rupture (MPa)

350 to 690

Tensile strength (MPa)

400 at 25°C
275 at 500°C
345 at 1000°C

Elastic Coefficients

C11=496, C12=164, C13=115, C33=498, C44=148

Apparent Elastic Limit (MPa)

448 to 689

Flexural Strength (GPa)

2.5 - 4.0

Poisson ratio

0.25 - 0.30

Friction Coefficient

0.15 on steel
0.10 on sapphire

Abrasion resistance

8 times higher than steel

Thermal properties

Melting Point (°C)

2040

Maximum use temperature (°C)

1800

Specific Heat J/(kg × K)

105 at 91 K
761 at 291 K

Thermal coefficient of linear expansion at 323 K (K^-1)

6.66 × 10^-6 parallel to optical axis
5 × 10^-6 perpendicular to optical axis

Thermal conductivity (W/m °K) at 20° C

41.9

Thermal Expansion (20 - 1000°C)

Parallel to C-axis: 9.03 × 10^-6°C
Perpendicular to C-axis: 8.31 × 10^-6°C
60° to C-axis: 8.4 × 10^-6°C

Optical properties

Transmission Range

0.2 - 5.5 microns

Transmission (thickness of disc 1mm)
Visible light		>85%
Infrared	0.75 to 5 µm	85%
	5.5 µm	70%
Ultraviolet	400 - 300 nm	80%
	280 nm	60%
	200 nm	50%

Reflection loss

14% at 1 micron (2 surfaces)

Restrahlen Peak

13.5 microns

dN/dT

+13 × 10^-6°C

Electrical properties

Resistivity, Ohm·cm at 20-500° C

10¹¹ - 10¹⁶

Dielectric Constant

11.5 parallel to C axis
9.4 perpendicular to C axis

Dielectric strength (V/cm)

4 × 10⁵

Loss Tangent

10^-4

Stability parameters

Solubility
In water	insoluble
In HNO₃, H₂SO₄, HCl, HF	insoluble up to 300° C
In alkalis	insoluble up to 800° C
In melts of metals: Mg, Al, Cr, Co, Ni, Na, K, Bi, Zn, Cs	insoluble up to 800 - 1000° C

Radiation stability

No change in transmission above 2.5 micron after exposure to 10⁷ Rads.
No visible coloration after exposure to 10⁸ Rads/hr for 60 minutes at -195° C

Proton radiation stability

No change in transmission below 0.3 micron after exposure 10¹² proton/cm² total dose.

Properties of sapphire82 КБ

Rokor Cо., Ltd. has developed a precise method of grading Kyropulos (KY) sapphire based on determination of light scatter levels.

For all grades of KY sapphire:

Appearance: Colorless
Purity: ≥ 99.996%
UV stability: no coloration at UV irradiation
NO cracks
NO inclusions, block marks and twins visible under polarized light

Light scatter grading

Grade	Application (reference)	Bubbles / Dispersion Centers				Accumulations of Bubbles
Grade	Application (reference)	Size, µm	Min distance between each, mm	Σ size, µm/cm³	Admissible quantity, 1/ cm³	Size, µm	Min distance between each, mm	Admissible quantity, 1/ cm³
Optical Grade
1	High power laser	No Bubbles / Dispersion Centers
2	Laser	< 10	10	50	2	No
3	Premium optical	< 20	10	100	2	No
4	Standard optical	20-50 < 20	10 2	200 No limit	2 No limit	No
4 a	LED & Semiconductor	< 200 20-50 < 20	50 10 2	200 No limit	4 No limit	300	20	1
4 b	View ports & Large size parts (>150mm)	Bubbles must be not visible to the naked eye under normal day light.
Mechanical Grade
5	Wafer carriers	< 200 20-50 < 30	20 10 2	200 No limit	2 No limit	500	10	1
5 a	Mechanical & Isolator	< 200 20-50 < 30	20 10 2	200 No limit	2 No limit	1000	5	5
5 b	Test of equipment & cutting tools	< 500 < 200 20-50 < 30	20 20 10 2	200 No limit	2 No limit	2000	2.5	10

NOTE:bubbles above are maximum case scenarios; typically material is largely free of inclusions

Inspection method for crystal defects:

Polarized light
Cold light source (high intensity light)

The Rokor Staff will help you choose the most economical sapphire grade to satisfy your surface quality, transmitted wave front error and transmission requirements.

Rokor's Grading System for Kyropulos Sapphire78 КБ